JP2022538678A - 誘電層を有する半導体部品 - Google Patents
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Abstract
Description
欠陥の変位は、電極に接近すると誘電層内での欠陥集積を生じさせ、この欠陥集積が有効障壁高さφを変化させる。方程式2.1をφに従って解くと、
Φ(t)=[ln(K)-ln(JTED(t))]kBT (2.2)
となる。
式中
時定数τi +/-は、誘電層中での欠陥の移動性およびこの層中の進むべき経路によって定義される。欠陥種iは、誘電層の内部で移動する場合、重心分布の重心と境界層との間隔diを進まなければならない。欠陥種iの集塊プロセスに関する特徴的な時定数は、速度viと共に、
請求項1による部品は、印加された動作電圧の電場内での欠陥のホッピングによる移動を特色とする。欠陥種iは、平均有効間隔aiをあけて局限された欠陥状態に沿って移動する。これは、可変領域ホッピングの既知の数式によって説明されるホッピング速度viをもたらす。
式中
a1=a2...=an=a0 (8)
が当てはまる。
これに対しφkrit -に到達すると、トンネルする多数電荷キャリアによって破壊が起こる(事例2)。
φkritに局所的に到達すると、電流密度の局所的な増加が起こり、半導体部品が局所的に破損する。これは、時点t=tkritでのリーク電流密度JTEDの推移において、短い上昇の後に上昇前のJTED値にすぐ戻る(<1sで)かまたは急増したままであることで認識できる。第1の事例では、伝導経路が熱で自壊する。第2の事例では、供給される電気出力が伝導経路を完全に破損させるには不十分である。tkritを過ぎた後には、限定的な面で局所的に破損した半導体部品が後に残っている。t>tkritで進行していく負荷により、絶えずさらなる局所的な誘電破壊が生じ、これが最終的に半導体部品を完全に破損させる。したがって最初の局所的な破壊は、半導体部品の寿命に関する重要な尺度である。
ln(τi(E;T0))が電圧によって示されると、直感的なグラフ表示がもたらされる。この場合(10.1)から、
例示的実施形態2の製造は、例示的実施形態1に倣って行われたが、この部品は電気接触の後、熱による後処理を施された。この熱による後処理は、60mbarの窒素雰囲気中で、450℃で40分間行われた。
すべての3つの例示的実施形態が、それぞれの誘電破壊15、17、および19まで測定された。ここで認識できるように、誘電層の製造に依存して、異なる破壊時間15、17、および19を有する非常に異なるリーク電流推移14、16、および18が生じる。
Φ(t)=[ln(K)-ln(JTED(t))]kBT
によって確定される。
この数値的フィットから相応に、Δφ(t)の推移を説明する異なるΔφi +/-(t)が得られる。つまり示した事例では、Δφ(t)38は、合算推移ΣiΔφi +36と共にΔφa -(t)39の推移、Δφb -(t)40の推移、およびΔφc -(t)42の推移によって説明されている。
φkrit -=φ0 -+ΣiΔφi -(tkrit)=φ0 -+Δφkrit - 式中 Δφkrit -=ΣiΔφi -(tkrit)
に相応して起こっている。
図2aは、異なる動作電圧および100℃の一定の動作温度での、例示的実施形態2に関して測定されたリーク電流の推移を示している。ここでもX軸62では時間が対数で、単位:秒で、およびY軸60ではリーク電流密度が対数で、単位:アンペアで示されている。リーク電流推移100は動作電圧5ボルトで、推移92は動作電圧10ボルトで、推移76は動作電圧15ボルトで、および推移68は動作電圧20ボルトで測定された。測定は、誘電層のそれぞれの誘電破壊66、82、94、および102まで実施された。適用された熱電子放出拡散理論および移動可能な欠陥によって経時的に変化する有効障壁高さと、測定曲線とが良く一致していることが、測定された電流推移76、92、および100と、帰属のモデル曲線78、90、および104との比較によって認識できる。
Claims (7)
- - 少なくとも1つの誘電層(230)と、
- 少なくとも1つの第1(202)および第2の電極(201)と
を含む半導体部品(200)であって、
少なくとも2つの互いに異なる欠陥種(212、215、217)が前記誘電層(230)中に存在しており、前記少なくとも2つの異なる欠陥種(212、215、217)が、前記第1(202)と第2の電極(201)との間に印加される動作電圧および存在している動作温度に依存して、それぞれ平均有効間隔a0(210)をあけて局限された欠陥状態(235)に沿って、前記両方の電極(201、202)の一方の方向に移動し、この場合、a0(210)>3.2nmが当てはまる半導体部品(200)。 - a0(210)>3.24nmが当てはまることを特徴とする請求項1に記載の半導体部品(200)。
- 少なくとも3つの互いに異なる欠陥種(212、215、217)が前記誘電層(230)中に存在していることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体部品(200)。
- 前記誘電層(230)が、多結晶質で酸化物のhigh-κ誘電体として、とりわけPZT層またはKNN層として形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体部品(200)。
- 前記誘電層(230)が、スパッタリングされたPZT層として形成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体部品(200)。
- 前記スパッタリングされたPZT層が、500℃未満の堆積温度を有することを特徴とする請求項5に記載の半導体部品(200)。
- 前記スパッタリングされたPZT層が、Pb1.3(Zr0.52Ti0.48)O3の組成を有することを特徴とする請求項5または6に記載の半導体部品(200)。
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